一種含環氧基的矽氧烷包覆改性羥基磷灰石製備光固化骨修復材料的方法
2023-05-09 00:49:21
專利名稱：一種含環氧基的矽氧烷包覆改性羥基磷灰石製備光固化骨修復材料的方法
技術領域：
本發明涉及一種用含環氧基的矽氧烷包覆改性羥基磷灰石製備光固化骨修復材 料的方法，屬於生物複合醫用材料研究領域。
背景技術：
羥基磷灰石是一種微溶於水的弱鹼性磷酸的鈣鹽，也是人體骨組織的主要無機成 分，佔人體骨組織的70%以上，植入體內後在體液的作用下，鈣和磷會游離出材料表面被機 體組織所吸收，並生長出新的組織。相對其他的無機材料來說，羥基磷灰石有很高的化學穩 定性和耐磨性，而且具有良好的生物活性和生物相容性，因而它是很有潛力的生物材料之 一。人工合成的納米級羥基磷灰石生物陶瓷由於其結構和性能與天然羥基磷灰石的相似， 並具有良好的生物相容性和成骨活性，因此被廣泛應用於骨損傷的修復。但是羥基磷灰石 其本身力學性能差、強度低、脆性大，限制了它在臨床醫學上的應用。目前，提高羥基磷灰石 力學性能的主要方法是將羥基磷灰石和其他高分子材料複合，例如國內專利CN101376038A 殼聚糖與羥基磷灰石複合，CN101491698A碳纖維增強羥基磷灰石。對於羥基磷灰石-聚合 物複合材料，無機粒子與聚合物基體界面相容性的問題影響複合材料的力學性能的主要因 素之一。兩相之間缺少粘附力常會導致無機粒子/聚合物基界面的斷裂。無機納米粒子接 枝聚合物是一種提高無機納米粒子在有機溶劑和聚合物基體的分散性，增加聚合物基體和 納米粒子的粘結力的有效方法。由於光聚合具有聚合速度快，無汙染，無溶劑，高效節能等特點，並且陽離子光引 發不存在氧阻聚的問題，體積收縮小，因而利用UV光聚合製備有機/無機複合材料現在得 到了廣泛的應用。光聚合製備有機/無機納米複合材料與其他製備方法有相同之處，不同 之處在於聚合方式不同。在製備有機/無機納米複合材料時，溶膠凝膠法也是用來改善納 米填充粒子在聚合物基分散的技術之一。溶膠凝膠雜化材料在聚合過程中形成互穿網絡聚 合物網絡。這種技術形成的納米粒子具有三維結構。並且具有許多獨特的優點反應條件 溫和，室溫或略高於室溫的製備條件；在溶膠階段各組分以分子形式分散，所獲得的雜化材 料的相分離尺寸可達到納米級；可採用多種途徑引人有機組分。
發明內容
本發明的目的是提供一種用含環氧基的矽氧烷包覆改性羥基磷灰石製備光固化 骨修復材料的方法，進一步提高硬組織修復材料的力學性能。一種含環氧基的矽氧烷包覆改性羥基磷灰石製備光固化骨修復材料方法，其特徵 在於，包括羥基磷灰石的表面接枝改性；通過溶膠凝膠法把改性後的羥基磷灰石包覆在 矽氧烷中；UV光聚合。具體步驟如下1)將乾燥後的納米羥基磷灰石(HA)懸浮在溶劑中，在5°C 80°C的溫度和惰性氣 氛下加入矽氧烷衍生物和催化劑進行反應，3 5小時後，用溶劑洗滌，最後乾燥獲得改性後的羥基磷灰石。所述的溶劑為四氫呋喃、N，N_ 二甲基甲醯胺、甲酸烷酯、乙酸烷酯、丙酸烷酯、烷酸 甲酯、烷酸丙酯或者四氯化碳中的一種或者幾種的混合溶劑。所述的矽氧烷衍生物為含有 異氰酸根基團、環氧基團、滷素基團的矽氧烷中的一種。催化劑為二月桂酸二丁基錫、三亞 乙基二胺、二甲基咪唑、氫氧化鈉或者有機鉍類催化劑。2)將步驟(1)得到的改性後的羥基磷灰石(HA-g-Si)與可光固化的含環氧基的矽 氧烷混合，加入反應劑、催化劑、溶劑以及光引發劑，利用溶膠-凝膠方法形成穩定均一的 包覆HA-g-Si納米顆粒的膠體。所述的反應劑是水，溶劑是甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、異丁醇、乙二醇、正十二醇， 催化劑是鹽酸、硝酸、硫酸、硼酸、草酸、甲酸、乙酸、乙二酸、酒石酸、或者是氨水、氫氧化鈉、 氫氧化鉀中的一種。引發劑為陽離子引發劑重氮鹽、二芳基碘鐺鹽、三芳基硫鐺鹽、烷基硫 鐺鹽、鐵芳烴鹽、磺醯氧基酮及三芳基矽氧醚中的一種或多種或者陽離子引發劑與自由基 光引發劑α 「胺基酮衍生物、苯偶醯及其衍生物的混和。3)將步驟(2)得到的膠體移入模具中置於UV燈下，經紫外光輻射進行固化反應光 固化成型得到了固化材料。步驟(2)中所述改性後的羥基磷灰石、可光固化的含環氧基的矽氧烷、反應劑、溶 劑的用量為改性後的羥基磷灰石質量/反應劑/溶劑/可光固化的含環氧基的矽氧烷為 0. 01 1. 6g/l 10g/0. 2 10M1/3 20g。步驟(2)中所述的可光固化的含環氧基的矽氧烷為可光固化的含環氧基的甲氧
基矽氧烷和乙氧基矽氧烷。步驟(3)中所述的紫外光源的照射時間為5 30min，波長為200 500nm，光強 為 10 200mW/cm2。本發明的光固化骨修復材料具有很好的生物相容性和力學性能，具有親水性，且 固化前呈流動的粘性溶膠狀態，不僅有利於與組織結合在一起，還可以注射成型，用於修復 體內組織的不規則缺陷。固化後力學性能顯著提高，可以作為承受負荷的部位的骨替代物 的材料。可以作為承受負荷的部位的骨替代物的材料。反應條件溫和，製備過程簡單，可以 實驗室製備和工業生產。HA-g-Si顆粒以納米尺寸均勻分散在含矽的凝膠體系中，具有類似 於核殼的包覆結構，材料的生物相容性和力學性能都有十分顯著的提高，是極具應用前景 的生物醫用複合材料。
圖1實施例1中所製備的被矽氧烷包裹的改性羥基磷灰石(HA-g-Si)固化前的透 射電子顯微鏡(TEM)圖片。圖2實施例1中所製備的用於力學性能測試的圓柱狀樣品的圖片。
具體實施例方式實施例1稱量5. Og納米羥基磷灰石，懸浮於40. OmL的乙酸乙酯中，電磁攪拌，溫度控制在 5°C，氮氣保護。逐滴加入溶有10. Og異氰酸丙基三乙氧基矽烷、催化劑二月桂酸二丁基錫的乙酸乙酯溶液，反應3小時後，洗滌、離心，真空乾燥。取乾燥後的樣品0. 2g，水1.0g，3-縮 水甘油醚氧基丙基三甲氧基矽烷3. Og,光引發劑重氮鹽含量為體系的1.0%，加入0. ImL鹽 酸和乙醇0. 2mL,讓溶液體系緩慢形成白色凝膠，在光強為lOmW/cm2，波長為200 500nm的 UV燈下聚合5min得到產品。實施例2稱量5. Og納米羥基磷灰石，懸浮於40. OmL的四氫呋喃中，電磁攪拌，溫度控制在 20°C，氮氣保護。逐滴加入溶有10. Og異氰酸丙基三甲氧基矽烷、催化劑三亞乙基二胺的 四氫呋喃溶液，反應3小時後，洗滌、離心，真空乾燥。取乾燥後的樣品0.8g，水1.0g，3-縮 水甘油醚氧基丙基甲基二乙氧基矽烷3. Og，光引發劑二芳基碘鐺鹽/651含量為體系的 1.0%，加入0. ImL氨水和甲醇l.OmL，讓溶液體系緩慢形成白色凝膠，在光強為50mW/cm2， 波長為200 500nm的UV燈下聚合IOmin得到產品，經過力學性能測試，樣品的壓縮強度 為 650MPa。實施例3稱量5. Og納米羥基磷灰石，懸浮於40. OmL的N，N- 二甲基甲醯胺中，電磁攪拌，溫 度控制在100°C，氬氣保護。逐滴加入溶有10. Og 3-縮水甘油醚氧基丙基三乙氧基矽烷、催 化劑二甲基咪唑的氮，氮-二甲基甲醯胺溶液，反應3小時後，洗滌、離心，真空乾燥。取幹 燥後的樣品1. 6g，水1. 0g，3-縮水甘油醚氧基丙基三乙氧基矽烷3. 0g，光引發劑三芳基硫 鐺鹽含量為體系的1.0%，加入0. ImL氫氧化鈉和丙醇l.OmL，讓溶液體系緩慢形成白色凝 膠，在光強為200mW/cm2，波長為200 500nm的UV燈下聚合20min得到產品，經過力學性 能測試，樣品的壓縮強度為650MPa。實施例4稱量5. Og納米羥基磷灰石，懸浮於40. OmL的四氯化碳中，電磁攪拌，溫度控制在 80°C，氮氣保護。逐滴加入溶有10. Og三氯丙基三乙氧基矽烷、催化劑氫氧化鈉的乙酸乙酯 溶液，反應3小時後，洗滌、離心，真空乾燥。取乾燥後的樣品1.(^，水9.(^，3-縮水甘油醚 氧基丙基三乙氧基矽烷12. 0g，光引發劑烷基硫鐺鹽含量為體系的1.0%，加入0. ImL硝酸 和丁醇1. OmL，讓溶液體系緩慢形成白色凝膠，在光強為160mW/cm2，波長為200 500nm的 UV燈下聚合30min得到產品，經過力學性能測試，樣品的壓縮強度為560MPa。實施例5稱量5. Og納米羥基磷灰石，懸浮於40. OmL的甲酸乙酯中，電磁攪拌，溫度控制在 20°C，氬氣保護。逐滴加入溶有10. Og異氰酸丙基三乙氧基矽烷、催化劑BiCATSlOS的四氯 化碳溶液，反應3小時後，洗滌、離心，真空乾燥。取乾燥後的樣品0. 88，水1.(^，3-(2，3-環 氧丙氧)丙基三甲氧基矽烷20. 0g，光引發劑鐵芳烴鹽含量為體系的1.0%，加入0. ImL 草酸和正丁醇1. OmL,讓溶液體系緩慢形成白色凝膠，在光強為160mW/cm2，波長為200 500nm的UV燈下聚合15min得到產品，經過力學性能測試，樣品的壓縮強度為680MPa。實施例6稱量5. Og納米羥基磷灰石，懸浮於40. OmL的丙酸乙酯中，電磁攪拌，溫度控制在 60°C，氮氣保護。逐滴加入溶有10. Og異氰酸丙基三乙氧基矽烷、催化劑二月桂酸二丁基錫 的乙酸乙酯溶液，反應3小時後，洗滌、離心，真空乾燥。取乾燥後的樣品1.6g，水10. 0g， 3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基矽烷20. 0g，光引發劑磺醯氧基酮含量為體系的1. 0%，加入0. ImL甲酸和乙二醇l.OmL，讓溶液體系緩慢形成白色凝膠，在光強為160mW/cm2，波 長為200 500nm的UV燈下聚合15min得到產品，經過力學性能測試，樣品的壓縮強度為 620MPa。實施例7稱量5. Og納米羥基磷灰石，懸浮於40. OmL的丁酸乙酯中，電磁攪拌，溫度控制在 20°C，氮氣保護。逐滴加入溶有10. Og異氰酸丙基三乙氧基矽烷、催化劑二月桂酸二丁基錫 的乙酸乙酯溶液，反應3小時後，洗滌、離心，真空乾燥。取乾燥後的樣品0. SgdK 10. Og，
2-(3,4-環氧環己烷)乙基三甲氧基矽烷20.0g，光引發劑三芳基矽氧醚含量為體系的 1. 0%，加入0. ImL乙酸和乙醇1. OmL，讓溶液體系緩慢形成白色凝膠，在光強為160mW/cm2， 波長為200 500nm的UV燈下聚合15min得到產品，經過力學性能測試，樣品的壓縮強度 為 760MPa。實施例8稱量5. Og納米羥基磷灰石，懸浮於40. OmL的乙酸甲酯中，電磁攪拌，溫度控制在 20°C，氬氣保護。逐滴加入溶有10. Og異氰酸丙基三乙氧基矽烷、催化劑二月桂酸二丁基錫 的乙酸乙酯溶液，反應3小時後，洗滌、離心，真空乾燥。取乾燥後的樣品0. SgdK 10. 0g，
3-[(2，3)_環氧丙氧]丙基甲基二甲氧基矽烷20.0g，光引發劑Z-EA/EDMAB含量為體系 的1. 0%，加入0. ImL乙二酸和正十二醇10. OmL，讓溶液體系緩慢形成白色凝膠，在光強為 160mff/cm2,波長為200 500nm的UV燈下聚合15min得到產品，經過力學性能測試，樣品 的壓縮強度為530MPa。實施例9稱量5. Og納米羥基磷灰石，懸浮於40. OmL的乙酸丙酯中，電磁攪拌，溫度控制 在5°C，氮氣保護。逐滴加入溶有10. Og異氰酸丙基三乙氧基矽烷、催化劑二月桂酸二丁 基錫的乙酸乙酯溶液，反應3小時後，洗滌、離心，真空乾燥。取乾燥後的樣品0. OlgdK 1.0g，3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基矽3. 0g，光引發劑三芳基硫鐺鹽/907含量為體系的 1.0%,加入0. ImL硼酸和乙醇0. 2mL,讓溶液體系緩慢形成白色凝膠，在光強為lOmW/cm2， 波長為200 500nm的UV燈下聚合15min得到產品，經過力學性能測試，樣品的壓縮強度 為 900MPa。對比例1稱量5. Og納米羥基磷灰石，懸浮於40. OmL的乙酸乙酯中，電磁攪拌，溫度控制在 5°C，氮氣保護。逐滴加入溶有10. Og異氰酸丙基三乙氧基矽烷、催化劑二月桂酸二丁基錫 的乙酸乙酯溶液，反應3小時後，洗滌、離心，真空乾燥。取乾燥後的樣品0. 0g，水1.0g，3-縮 水甘油醚氧基丙基三甲氧基矽烷3. Og,光引發劑重氮鹽含量為體系的1.0%，加入0. ImL鹽 酸和乙醇0. 2mL,讓溶液體系緩慢形成白色凝膠，在光強為lOmW/cm2，波長為200 500nm的 UV燈下聚合5min得到產品，經過力學性能測試，樣品的壓縮強度為310MPa。對比例2稱量0. 8g納米羥基磷灰石，水10. Og, 3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基矽20. Og, 光引發劑苯偶姻含量為體系的1. 0%，加入0. ImL酒石酸和乙醇10. OmL，讓溶液體系緩慢形 成白色凝膠，在光強為160mW/cm2，波長為200 500nm的UV燈下聚合15min得到產品，經 過力學性能測試，樣品的壓縮強度為400MPa。
權利要求
一種含環氧基的矽氧烷包覆改性羥基磷灰石製備光固化骨修復材料方法，其特徵在於，包括羥基磷灰石的表面接枝改性；通過溶膠凝膠法把改性後的羥基磷灰石包覆在矽氧烷中；UV光聚合；具體步驟如下1)將乾燥後的納米羥基磷灰石(HA)懸浮在溶劑中，在5℃～80℃的溫度和惰性氣氛下加入矽氧烷衍生物和催化劑進行反應，3～5小時後，用溶劑洗滌，最後乾燥獲得改性後的羥基磷灰石；所述的溶劑為四氫呋喃、N，N 二甲基甲醯胺、甲酸烷酯、乙酸烷酯、丙酸烷酯、烷酸甲酯、烷酸丙酯或者四氯化碳中的一種或者幾種的混合溶劑；所述的矽氧烷衍生物為含有異氰酸根基團、環氧基團、滷素基團的矽氧烷中的一種；催化劑為二月桂酸二丁基錫、三亞乙基二胺、二甲基咪唑、氫氧化鈉或者有機鉍類催化劑；2)將步驟(1)得到的改性後的羥基磷灰石與可光固化的含環氧基的矽氧烷混合，加入反應劑、催化劑、溶劑以及光引發劑，利用溶膠 凝膠方法形成穩定均一的包覆HA g Si納米顆粒的膠體；所述的反應劑是水，溶劑是甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、異丁醇、乙二醇、正十二醇，催化劑是催化劑是鹽酸、硝酸、硫酸、硼酸、草酸、甲酸、乙酸、乙二酸、酒石酸、或者是氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種。引發劑為陽離子引發劑重氮鹽、二芳基碘鎓鹽、三芳基硫鎓鹽、烷基硫鎓鹽、鐵芳烴鹽、磺醯氧基酮及三芳基矽氧醚中的一種或多種或者陽離子引發劑與自由基光引發劑α 胺基酮衍生物、苯偶醯及其衍生物的混和；3)將步驟(2)得到的膠體移入模具中置於UV燈下，經紫外光輻射進行固化反應光固化成型得到了固化材料。
2.權利要求1的一種含環氧基的矽氧烷包覆改性羥基磷灰石製備光固化骨修復材料 方法，其特徵在於，步驟(2)中所述的可光固化的含環氧基的矽氧烷為可光固化的含環氧 基的甲氧基矽氧烷和乙氧基矽氧烷。
3.權利要求1的一種含環氧基的矽氧烷包覆改性羥基磷灰石製備光固化骨修復材料 方法，其特徵在於，步驟(2)中所述改性後的羥基磷灰石、可光固化的含環氧基的矽氧烷、 反應劑、溶劑的用量為改性後的羥基磷灰石質量/反應劑/溶劑/可光固化的含環氧基的 矽氧燒為 0. 01 1. 6g/l 10g/0. 2 10M1/3 20g。
4.權利要求1的一種含環氧基的矽氧烷包覆改性羥基磷灰石製備光固化骨修復材 料方法，其特徵在於，步驟(3)中所述的紫外光源的照射時間為5 30min，波長為200 500nm，光強為 10 200mW/cm2。
全文摘要
本發明公開了一種含環氧基的矽氧烷包覆改性羥基磷灰石製備光固化骨修復材料方法，屬於生物複合醫用材料研究領域。包括羥基磷灰石的表面接枝改性；通過溶膠凝膠法把改性後的羥基磷灰石包覆在矽氧烷中；UV光聚合。本發明的光固化骨修復材料具有很好的生物相容性和力學性能，具有親水性，且固化前呈流動的粘性溶膠狀態，不僅有利於與組織結合在一起，還可以注射成型，用於修復體內組織的不規則缺陷。
文檔編號C08G77/44GK101966349SQ201010279348
公開日2011年2月9日 申請日期2010年9月10日 優先權日2010年9月10日
發明者暢文凱, 聶俊, 蘇丹, 馬貴平 申請人:北京化工大學